[发明专利]一种再造烟叶涂布液组分及组分群化学厨房组合、耦合化制备及其工艺

摘要

本发明涉及一种再造烟叶涂布液组分及组分群化学厨房组合、耦合化制备及其工艺。利用低、废次烟叶、烟梗，经过预浸泡、酶解浸提或提取制得烟叶或烟梗酶解浸提或提取液或烟叶、烟梗混合浸提或提取液，再经过其化学厨房的化学组分及组分群的酶解、梅拉德反应转化、膜分离或浓缩或柱分离、冷冻分离、醇沉等组合、耦合化制备工艺而有选择性转化或减少或除去烟叶、烟梗浸提或提取液或烟叶、烟梗浸提或提取混合液中的某些组分及组分群，如蛋白质、果胶、氯、尼古丁、亚硝胺盐、硝酸盐等，进而实现再造烟叶涂布液化学组分及组分群的重组或组装、配伍与调控及减焦降害，此提高了再造烟叶的品质，实现了再造烟叶涂布液组合、耦合化的产业化技术集成与创新。

主权项

1.一种再造烟叶涂布液组分及组分群化学厨房组合、耦合化制备及其工艺，其特征在于包括以下步骤：第一步，原料组成：按再造烟叶目标产品工艺要求配伍原料，由烟梗混合料和烟叶碎片混合料组成。烟梗混合料可以由短梗、烟梗等混和组成；烟叶碎片混合料可以由烟叶碎片、烟末、烟棒粉碎料等混和组成。烟梗混合料∶烟叶碎片混合料＝3～5∶7～5。原料含水率8～15％。第二步，洗梗料的水洗、预浸泡、浸提或提取、酶解组合、耦合化制备及其工艺经计量、水洗后的按再造烟叶目标产品工艺要求配伍烟梗混合料进行水洗、预浸泡、浸提或提取、酶解。洗梗旨在除氯、除尘、部分除硝酸盐和亚硝酸盐。洗梗料工艺控制：洗梗溶剂：软水，洗梗水温：30～40℃，水洗时间30～50秒；浸提或提取工艺可以采用二步或三步逆流浸提或提取或平转型连续浸提或提取，浸提或提取溶剂一般为软水，浸提或提取固液比控制在1∶4～8，浸提或提取温度控制在60～95℃，浸提或提取时间30～90min/步。酶的加入量为烟梗质量的0.05～5％，酶解温度20～70℃，搅拌速度10～60rmp，水分12～60％，酶解时间为1～15h，酶解的pH值为3～7，其pH值可以通过加入柠檬酸等来调节。蛋白酶控制酶解pII值在3.0～5.5，酶解温度为50～60℃，添加量0.1～2％；纤维素酶控制酶解pH值在4.0～5.5，酶解温度为45～50℃，添加量0.5～2％；果胶酶控制酶解pH值在3.5～5.5，酶解温度为50～60℃，添加量0.5～2％。浸提、酶解完后，进行烟梗浸提或提取料液的固液分离，得到的二步或三步或平转型连续浸提或提取烟梗浸渣送解纤、磨浆工序，被分离出的浸提或提取、酶解液经过板框压滤或离心沉降分离或沉降分离或管式过滤分离及其以上组合精制分离、浓缩工艺处理。洗梗操作可以采用链条式刮板输送机或卧式搅拌洗梗或平转型连续浸提器连续洗梗工艺及其设备。烟梗浸提或提取、酶解精制液可以单独浓缩或与烟叶碎片浸提或提取、酶解精制液混合浓缩，浓缩液总固物含量40～50％，波美度27～30°Be′。浓缩设备可以采用纳滤膜浓缩与升膜或降膜或短管减压蒸发设备的组合应用。根据再造烟叶目标产品工艺要求配伍，此工艺可以得到烟梗或烟碎或烟梗、烟碎混合精制分离浓缩液①、生物酶解产物液③。在烟梗或烟梗浆料中可以添加1～1.5％浓度的氢氧化钾助剂，能够降低烟梗料浸提或提取液中的蛋白质含量。第三步，烟叶碎片预浸泡、浸提或提取、酶解组合、耦合化制备及其工艺按产品工艺要求配伍烟叶碎片混合料，经计量后进行预浸泡、浸提或提取、酶解，浸提工艺可以采用二步或三步逆流浸提或提取或平转型连续浸提或提取，浸提溶剂为软水，固液比控制在1∶5～10，预浸泡温度控制在50～75℃，预浸泡时间20～30min；浸提或提取温度控制在60～90℃，浸提或提取时间30～90min/步；酶的加入量为烟末质量的0.05％～5％，酶解温度20～70℃，搅拌速度10～60rmp，水分12～60％，酶解时间为1～16h，酶解pH值为3～7，其可以通过加入柠檬酸来调节。蛋白酶控制酶解pH值在3.0～5.5，酶解温度为50～60℃，添加量0.1～2％；纤维素酶控制酶解pH值在3.0～6.0，酶解温度为40～50℃，添加量0.5～2％，酶解时间8～12h；果胶酶控制酶解pH值在3.5～5.5，酶解温度为50～60℃，添加量0.5～2％。浸提、酶解完成后，进行烟碎浸提、酶解料液的固液分离，得到的二步或三步或平转型连续浸提或提取的烟碎浸渣送磨浆工序与解纤的梗料混合磨浆，浸提或提取、酶解分离液经过板框压滤或离心沉降分离或沉降分离或管式过滤分离及其以上组合精制分离工艺处理。烟叶碎片预浸泡、提取工艺与设备可以采用卧式或立式搅拌烟叶碎片预浸泡、浸提或提取、酶解或平转型连续浸提烟叶碎片预浸泡、浸提或提取、酶解工艺及其设备。烟叶碎片浸提或提取、酶解精制液可以单独浓缩或与烟梗料浸提或提取、酶解精制液混合浓缩，浓缩液总固物含量40～50％，波美度27～30°Be′。浓缩设备可以采用纳滤膜浓缩与升膜或降膜或 短管减压蒸发设备的组合应用。根据再造烟叶目标产品工艺要求配伍，此工艺可以得到烟碎或烟梗或烟梗、烟碎混合精制分离浓缩液①、生物酶解产物液③。第四步，解纤与磨浆烟梗解纤的目的旨在使被浸泡受热润涨、软化的烟梗分丝帚化、切断、压溃、扭曲，使烟梗粗纤维化。梗料浸泡完成后，即进行浸泡原料的解纤操作。梗料解纤后的打浆度为：10～15°SR。解纤后的梗料与浸泡好的烟叶碎片混合均匀，进行一级高浓磨磨浆提取，磨浆浓度：16～20％，打浆度：20～24％；经过一级高浓磨磨浆提取后的磨浆料液，串联混合进行第二次磨浆操作，二级高浓磨磨浆浓度控制在：12～16％，打浆度：25～29％；二级混合磨浆料液经斜螺旋挤浆机或平螺旋挤浆机或卧螺分离机一次分离出磨浆液和磨浆料。滤液过100～120目筛网或滤布，其也可以作为提取烟梗、烟碎的浸提或提取溶剂回收使用。原料浸泡后设计的混合磨浆浓度为20～25％。混合磨浆浓度可以控制在25％～12％的范围内，不足水量可以补充加入后续洗浆工艺水。原料含水率为8～15％，取原料的含水率12％计算。解纤采用解纤工艺及其设备；磨浆采用高浓磨浆工艺及其设备。第五步，烟梗或烟叶碎片浸提或提取液或烟梗、烟叶碎片浸提或提取混合液化学厨房的膜组合、耦合化制备及其工艺取烟梗或烟叶碎片浸提或提取液或烟梗、烟叶碎片浸提或提取混合液进行膜组合、耦合化分离、分级制备，其工艺组成为：烟梗或烟叶碎片浸提或提取液或烟梗、烟叶碎片浸提或提取的混合液可以按配方要求有选择地经微滤、超滤I、超滤II、超滤III、超滤IV、纳滤后制得所需要的滤液。微滤选用M50型微滤膜(∮50nm)，截流孔径0.1～1μm以上的固体颗粒、尘土等。微滤处理烟草浸提或提取液可以使其中的总氮降低28.57～31.25％，果胶下降2.59～3.85％；超滤膜I选用GU型超滤膜I，截留分子50000Da，其主要脱除不利于制备再造烟叶的物质组分或组分群如果胶、蛋白质等大分子。超滤膜I处理烟草浸提或提取液可以使其中的总氮降低率为65.63～71.43～72.41％，果胶除去率为100％。处理样口感好，香气足，木质气轻，细腻而不失劲头，刺激性小；超滤II、超滤III、超滤IV可以根据不同目标再造烟叶的要求而制备不同涂布液提取物组分及组分群化学物质。超滤II选用GU型超滤膜，截留分子10000Da。超滤膜II处理烟草浸提或提取液可以使其中的总氮降低率为62.50～71.43～72.41％，果胶除去率为70.5～100％，且处理样木质气轻，香气和谐，劲头不足，灼烧感大，略有刺激。超滤III选用GU型超滤膜，截留分子5000Da。超滤IV选用GU型超滤膜，截留分子3000Da。超滤膜的材料主要有聚砜类、聚砜酰胺、聚丙烯、聚四氟乙烯、醋酸纤维素等。目前制成的超滤膜为中空纤维型滤膜或卷膜，或把中空纤维卷扎成束。超滤膜组件有卷式、膜盒式和中空纤维等。取截流分子量2000～5000的超滤膜，取水或浓度低于30％的醇提浸提液(浓度为1～50％)，其烟碱含量为1.60～4.33％，料液总固物含量为12.4～14.5％，操作温度小于40℃，操作压力小于23Mpa。截流液浓度为15.3～24.8％，烟碱含量0.84～3.76％；透析液浓度为5.7～13.6％，烟碱含量2.7～3.21～8.54～23.52％。纳滤选用截留分子1000Da纳滤膜，可以大部分除水、除盐、除氯、除硝酸盐等有害组分及组分群物质。膜操作处理压力：0.2～2.5MPa，温度：小于45℃；膜处理萃取液浓缩：15～ 22波美度/20℃。取截流分子量200～1000的纳滤膜，取水或浓度低于30％的醇提浸提液(浓度为1～30％)，其氯含量为1.62～1.67～0.21％，硝酸盐含量0.92～1.12～0.14％，料液总固物含量为5.62～6.6～8.8％，操作温度小于40℃，操作压力小于11.3～11.5Mpa。截流液浓度为19.3～21.9～18.3％，氯含量0.08～0.16～0.26％，硝酸盐含量0.32～0.38～0.34％。反渗透膜的截流对象是所有的离子，仅让水透过膜，出水为去离子水，其对NaCI的截流率在98％以上。反渗透膜能够去除可溶性的金属盐、有机物、细菌、胶体粒子、发热物质。反渗透膜操作压力1.4～2.2MPa，料液温度30～36℃，膜面速度4m/s。反渗透膜废水回收率为85.5％。膜浓缩及其补充浓缩工艺：分别取膜组合、耦合化分离、分级烟梗或烟叶碎片浸提或提取液或烟梗、烟叶碎片浸提或提取混合液得到的超滤膜截流组分液I、超滤膜截流组分液II、超滤膜截流组分液III、超滤膜截流组分液IV，进行纳滤浓缩及其补充浓缩工艺制得超滤膜截流组分液I浓缩液④、超滤膜截流组分液II浓缩液⑤、超滤膜截流组分液III浓缩液⑥、超滤膜截流组分液IV浓缩液⑦、纳滤膜截流组分液V浓缩液⑧。膜浓缩压力11.5～11.3MPa，操作温度小于45℃；膜浓缩除用纳滤膜外，也可以采用反渗透膜处理。反渗透膜浓缩压力1.5～2.5Mpa，操作温度要求小于45℃。最终膜组合、耦合化分离、分级浸提或提取液的浓缩液波美度为25～30°Be′，总固物含量40～50％。膜浓缩补充浓缩采用减压浓缩工艺，真空度为0.090～0.095Mpa，波美度为45～50°Be′。浓缩设备可以采用纳滤膜浓缩与升膜或降膜或短管减压蒸发设备的组合应用。第六步，烟梗或烟叶碎片浸提或提取液或烟梗、烟叶碎片浸提或提取混合液或其浓缩液化学厨房的冷冻分离与美拉德反应组合、耦合化制备及其工艺取总固物含量30～50％的烟梗或烟叶碎片浸提或提取液或烟梗、烟叶碎片浸提或提取混合液的浓缩液，进行冷冻处理，冷冻温度1～5℃，冷冻时间10～12小时，之后采用离心分离分出硝酸盐结晶。离心机转速3000～5000转/min。本离心机分离出的分离液加入梅拉德反应条件物进行分离液的梅拉德反应，制备得到梅拉德浓缩冷分反应产物液梅拉德反应条件物参见第十步。第七步，烟梗或烟叶碎片浸提或提取液或烟梗、烟叶碎片浸提或提取混合液或其浓缩液化学厨房的醇沉制备及其工艺取总固物含量2～5％的烟梗或烟叶碎片浸提或提取液或烟梗、烟叶碎片浸提或提取混合液，加入一定量的乙醇或甲醇或异丙醇或丙酮等溶剂进行浸提液果胶沉降分离处理，乙醇或甲醇或异丙醇或丙酮等溶剂的加入量为5～10％的溶液总量，醇沉温度20～30℃，醇沉时间5～8小时，之后采用分层分离分出沉淀层(果胶层)。上层分离层溶液经溶剂回收后再进行浓缩处理，得到醇沉浓缩液⑩。也可以使用金属盐或混合盐作为沉淀剂来沉析、分离果胶，其中尤以铁盐法极具发展潜力。第八步，烟梗或烟叶碎片浸提或提取液或烟梗、烟叶碎片浸提或提取混合液或其浓缩液膜处理液化学厨房的柱分离组合、耦合化制备及其工艺分别取膜组合、耦合化分离、分级烟梗或烟叶碎片浸提或提取液或烟梗、烟叶碎片浸提或提取混合液得到的超滤膜截流组分液I、超滤膜截流组分液II、超滤膜截流组分液III、超滤膜截流组分液IV，纳滤截流组分液V，进行柱层析使有害组分或组分群被分离吸附，由此得到的柱层析分离液再进行膜浓缩及其补充浓缩工艺制得膜、柱层析分离浓缩液⑨。柱分离层析吸附处理量10L/min，层析柱解析洗脱溶剂为95％乙醇溶液，洗脱速度为5L/min，当流出液带有颜色并有明显的烟草香气时，开始收集流出液。每升提取液可用5～50g吸附材料。柱分离使用的水采用去离子水。柱层析可选用弱碱官能化的苯乙烯--二乙烯基苯树脂可以选择性吸附硝酸盐、亚硝胺(TSNA)、镉Cd、汞Hg、镍Ni、铅Pb和其他可熔的金属离子。其中至少 19％～87％硝酸盐可以被吸附除去，5％～79％Cd可以被吸附除去，3％～14％生物碱可以被吸附除去。较低的pH值有利于有机酸例如酚的吸附，一般优选pH范围为5～7(6.1)，吸附操作温度为43～60℃。采用膜分离、柱分离组合、耦合化吸附分离工艺，可以通过不同吸附材料柱分离与膜分离的组合、耦合化吸附分离用以脱除或减少烟草提取物中的某些有害成分，进而提高烟梗、烟叶提取物及其再造烟叶产品的品质。柱分离吸附的填料有：不同吸附性能的吸附树脂、颗粒活性炭、骨胶、分子筛、沸石、硅胶、硅藻土、活性氧化铝等。吸附树脂主要有颗粒状阴离子型聚合树脂、螯合型聚合树脂、丙烯酸树脂、苯乙烯-DVB树脂等。膜浓缩压力11.5～11.3MPa，操作温度小于45℃；膜浓缩除用纳滤膜外，也可以采用反渗透膜处理。反渗透膜浓缩压力1.5～2.5Mpa，操作温度要求小于45℃。最终膜浓缩加补充浓缩浓缩液波美度为25～30°Be′，总固物含量40～50％。膜浓缩补充浓缩采用减压浓缩工艺，真空度为0.090～0.095Mpa，波美度为45～50°Be′。浓缩设备可以采用纳滤膜浓缩与升膜或降膜或短管减压蒸发设备的组合应用。第九步，烟梗或烟叶碎片浸提或提取液或烟梗、烟叶碎片浸提或提取混合液或其浓缩液的酶处理组合、耦合化化学转化与制备及其工艺取烟梗或烟叶碎片浸提或提取液或烟梗、烟叶碎片浸提或提取混合液或其浓缩液加入酶制剂进行酶解反应。酶的加入量为烟梗或烟叶碎片质量的0.05～5％，或酶制剂加入烟草浸提或提取浓缩液中，按6～15％的再造烟叶添加比例量添加酶制剂，酶解温度20～70℃，搅拌速度10～60rmp，酶解时间为1～15h，水分12～60％，酶解的pH值为3～7，其pH值可以通过加入柠檬酸来调节。蛋白酶控制酶解pH值在3.0～5.5，酶解温度为50～60℃，添加量0.1％～2％；纤维素酶控制酶解pH值在4.0～5.5，酶解温度为45～50℃，添加量0.5％～2％；果胶酶控制酶解pH值在3.5～5.5，酶解温度为50～60℃，添加量0.5％～2％。由此制得生物酶解产物浓缩液③。浓缩采用减压浓缩工艺，真空度为0.090～0.095Mpa，最终浓缩液波美度为25～30°Be′，总固物含量40～50％。浓缩设备可以采用升膜或降膜或短管减压蒸发设备。第十步，烟梗或烟叶碎片浸提或提取液或烟梗、烟叶碎片浸提或提取混合液或其浓缩液化学厨房的梅拉德组合、耦合化化学转化树备及其工艺烟梗或烟叶碎片浸提或提取液或烟梗、烟叶碎片浸提或提取混合液中含有梅拉德反应起始物条件的醛、酮、还原糖与胺、氨基酸、肽和蛋白质等，采用添加一些不足物，可以有效实现烟梗或烟叶碎片浸提或提取液或烟梗、烟叶碎片浸提或提取混合液中美拉德反应物内的产物组分及组分群的有效组合、耦合化制备。取烟梗或烟叶碎片浸提或提取液或烟梗、烟叶碎片浸提或提取混合液或其浓缩液加入梅拉德反应条件物进行梅拉德反应。反应液的浓度要求控制在5～50％，胺类物质的加入量为烟草原料的重量的1.5～10％，葡糖浆的加入量为提取液重量的10～15％，反应温度80～130℃，反应时间1～2小时，梅拉德反应体系pH为6～8。主要还原糖有：木糖、核糖、阿拉伯糖、葡萄糖、果糖、甘露糖或半乳糖中的一种或两种以上的混合物。主要氨基酸为甘氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、谷氨酸、脯氨酸、精氨酸、色氨酸、缬(xie2)氨酸、脯氨酸、天门冬氨酸或苯丙氨酸中的任一种或两种以上的混合物。反应产物的香味多以甜、巧克力、似戊酸香、焦糖香为主，由此制得梅拉德反应产物浓缩液②。第十一步，烟梗或烟叶碎片浸提提取液或烟梗、烟叶碎片浸提或提取混合液或其浓缩液组分及组分群化学厨房制备液用于涂布液的组合、耦合化制备及其工艺烟梗或烟叶碎片浸提提取液或烟梗、烟叶碎片浸提或提取混合液或其浓缩液的化学厨房组合、耦合化制备是指本发明主要针对涂布液中需要限量控制的组分或组分群，采用适当的物理、化学或生化方法或其组合化制备工艺与制备对其进行加减调制、补充某些组分或组分群，以期实现再造烟叶产品在化学指标方面的可调、可控。通过烟梗或烟叶碎片浸提提取液或烟梗、烟叶碎片浸提或提取混合液或其浓缩液的化学厨房膜分离、柱分离、酶解、梅拉德反应等工艺的组合、耦合化制备液加入系列助剂进而实现涂布液的组合、耦合化化学厨房的 制备，由此可以解决再造烟叶生产中薄片的耐水性、柔韧性、色泽等问题，制得高质量的目标再造烟叶产品。主要助剂有：糖料、食用色素、湿润剂或保湿剂、防腐剂、胶粘剂、pH调节剂、烟用香精、香料等。分别取烟梗或烟叶碎片浸提提取液或烟梗、烟叶碎片浸提或提取混合液或其浓缩液组分及组分群化学厨房制备液①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩根据再造烟叶目标产物工艺要求进行涂布液的组合、耦合化化学厨房合成制备，进而得到涂布液中需要限量控制的组分或组分群的加减调制、补充、可调、可控产品。涂布液总固物要求40～50％，涂布液的波美度27～30°Be′。胶粘剂的加入量为1～8％。主要有古尔胶1.1％、塔马兰子胶7.7％、羧甲基纤维丝(CMC)5％、聚合淀粉胶(CMS)5％、甲壳素或壳聚糖、琼脂等。湿润剂或保湿剂的加入量为再造烟叶的1～2％。主要湿润剂或保湿剂有：丙二醇、丙烯乙二醇、二甘醇、乙二醇、甘油2％、木糖醇、山梨醇、多羟基醛、天然保湿剂PDS、蜂蜜、饴糖、多糖等。糖料的加入量一般根据浸提液梅拉德反应条件、反应产物需求而定。主要加糖物质为葡萄糖、蔗糖、饴糖、木糖、麦芽糖、蜂蜜、焦糖香膏等。调色或保色剂的加入量为1％～2％。主要调色或保色剂有磷酸、食用天然色素。用磷酸作保色剂可以抑制金属离子(Fe³⁺)与酚类物质络合，抑制酶促褐变反应和美拉德反应。防腐剂的加入量为0.5％，如安息香酸钠、苯甲酸钠等。pH值调节剂的用量为1％～5％，如柠檬酸、草酸、磷酸等；加香与增香的加入量一般为0.1～1～10％：如乙基麦芽酚0.5％(增香矫味)、甲基环戊烯醇酮0.1％(增香)、香兰素0.1(圆润烟香)、香醛(配制组合)0.5％(赋予薄片风格特征，改善余味)，而天然烟草提取物10％(谐调并增加烟香)、梅拉德反应类物质30％(谐调烟香、增香)等香精香料。钾盐的加入有降焦效果，主要钾盐有富马酸钾、酒石酸钾钠、柠檬酸钾、磷酸二氢钾、草酸钾等。第十二步，磨浆洗浆后的贮浆、配浆、精浆贮浆的目的旨在进一步使浆料混配均匀，进而平衡浆料的含水率和打浆度。木浆纤维加入量5％～10％；湿浆浓度一般在15～25％(干度)。磨浆洗浆后的贮浆浓度控制约8～12％，取10％为计算值。配浆浆料浓度控制在3.5％。从萃取机分离出来的固体物料被送到打浆机中再次打浆，制成平均长度为10毫米，截面积为1.3mm²的纤维浆料。再送到精浆机中使纤维细微化，并用抄纸机的回收水将浆料稀释至1％的浓度，再用泵将其送到抄纸机的配料箱中。精浆打浆度控制在27±2°SR，成浆浓度3.5％。精浆贮浆浓度控制在2.5％，精浆出浆浓度控制在0.8％～1.0％。第十三步，重组浆料送到配料箱后用长网抄纸机制成纤维网(片基)，经过抄纸机后部的真空脱水装置，使片基的水份含量为90％左右。经辊压后水份含量降到70％左右，然后经过烘缸和干燥辊干燥使水份含量降为30％。这时用浸涂或喷涂的方法将浓缩液浸涂(或回喷)到片基上，这时片基的含水率大约为45％。在抄纸机网上滤出的水大部分约80％回收使用，其余20％的水分经污水处理后排放。基片控制水分16～18％，基片定量65±2g/m²。 第十四步，基片涂布基片涂布液总固物浓度40％～50％，基片涂布液定量38～40～45g/m²；薄片水分16％～18％，薄片定量105～110g/m²。第十五步，干燥成片湿的烟草薄片被送入专门设计的热风隧道式干燥机，在出口处薄片的水份为17％～20％。接着用打叶机，将薄片撕碎成不定形的碎片，再送入一滚筒式干燥机中使薄片的含水率达到10％～15％，此后根据需要可设一个加香筒，对薄片进行加香。